一种桥式多电平开关电容变换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及开关功率变换器技术领域，具体涉及一种桥式多电平开关电容变换器，用于保证变换器中所有开关管零电流开通和关断，实现减少开关损耗和减小EMI问题的目的。
【背景技术】
[0002]随着70年代后期电力电子技术飞速发展，集成技术的成熟以及制造技术的进步，使家用电子设备向小型化多功能化发展。对电力电子器件的体积和功率要求随之变高。传统的感性开关变换器由于其感性器件较大的体积和EMI影响，越来越不能满足现代科技的发展趋势。虽然现在片状电感已经问世，但是其高成本和体积仍然不能和电容相比。
[0003]开关电容变换器因其中不含储能电感这一有别于传统变换器鲜明特征，具有体积小，效率高，功率密度大，且能适应较高工作环境，减低对散热系统的设计要求等优点，因而成为当今能源变换器的热门候选。然而传统的开关电容变换器具有开关电流大，EMI问题严重，输出电压特性调节不好等缺点。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种具有开关损耗小，EMI问题小，输出电压易于调节的桥式多电平开关电容变换器。
[0005]本发明采用如下技术方案:
[0006]一种桥式多电平开关电容变换器，其特征在于:包括
[0007]主电路拓扑，包括第一场效应管桥臂、第二场效应管桥臂，第一电容桥臂、第二电容桥臂、第一开关二极管、第二开关二极管、第三开关二极管和第四开关二极管；该第一场效应管桥臂和第二场效应管桥臂的正负端均并联于直流功率电源的两端；该第一电容桥臂正负端分别通过第一开关二极管和第二开关二极管并联于第二场效应管桥臂的正负端，该第二电容桥臂正负端分别通过第三开关二极管和第四开关二极管并联于第一电容桥臂正负端，该第二电容桥臂的正负端作为输出电压的正负端；第一场效应管桥臂的中点与第二电容桥臂的中点相连；
[0008]电压采样电路，其输入端与主电路拓扑的输出电压正负端相连，输出端连接PI调节与移相控制模块；
[0009]DSP控制电路，设有四个与驱动形成与放大电路相连的PWM信号输出端，用于将输入电压与参考电压进行处理后输出四路PWM信号以分别控制各个场效应管的工作状态及电源模块；并设置成第一场效应管桥臂上的场效应管为50%占空比互补导通，第二场效应管桥臂中场效应管的开通信号相位滞后第一场效应管桥臂中场效应管的开通信号相位180°，第二场效应管桥臂中的场效应管的关断信号相位超前第一场效应管桥臂中的场效应管关断信号；
[0010]驱动形成与放大电路，包括有四个PWM信号输入端和五个驱动信号输出端以将PWM信号进行隔离和放大处理后产生对应的驱动信号，其中四个驱动信号输出端一一对应连接第一场效应管桥臂和第二场效应管桥臂中的场效应管的栅极和源极；另一驱动信号连接电源模块中反激变换器中的场效应管。
[0011]直流功率电源为电源模块，用于为主电路拓扑提供电源输入，并输出二次电源为电压采样电路、DSP控制电路和驱动电路提供电源。
[0012]优选的，所述第一场效应管桥臂包括第一场效应管和第二场效应管；该第一场效应管的源极与第二场效应管的漏极相连且作为该第一场效应管桥臂的中点，该第一场效应管的漏极和源极之间及第二场效应管的漏极和源极之间均连接有一二极管；该第一场效应管的漏极和第二场效应管的源极分别作为第一场效应管桥臂的正端和负端。
[0013]优选的，所述第二场效应管桥臂包括第三场效应管和第四场效应管，该第三场效应管的源极与第四场效应管的漏极相连，该第三场效应管的漏极和源极之间及第四场效应管的漏极和源极之间均连接有一二极管，该第三场效应管的漏极和第四场效应管的源极分别作为第二场效应管桥臂的正端和负端。
[0014]优选的，所述第一电容桥臂包括串联的第一电容和第二电容，该第一电容的正端与所述第一开关二极管负端相连，该第二电容的负端与所述第二开关二极管的正端相连。
[0015]优选的，所述第二电容桥臂包括串联的第三电容和第四电容，该第三电容的正端与所述第三开关二极管负端相连，该第四电容的负端与所述第四开关二极管的正端相连，该第三电容的负端与第四电容的正端相连且作为该第二电容桥臂的所述中点。
[0016]优选的，所述DSP控制器包括加法器、PI调节器、限幅单元、移相控制器、第一比较器、第二比较器、第三比较器和第四比较器；该第一比较器的输入端连接参考电压，其比较寄存器的值保持不变，使其输出端输出50%占空比的固定频率的PWM信号；该加法器设有与电压采样电路相连的第一输入端及连接参考电压的第二输入端，其输出端连接PI调节器的输入端；该？1调节器的输出端连接限幅单元输入端；该限幅单元的输出端连接移相控制器输入端；该移相控制器的输出端分别连接第二比较器的输入端和第三比较器的输入端；通过移相控制器提供的输入量来调整第二比较器与第三比较器中的比较寄存器的值，同时通过设置第二比较器和第三比较器不同的动作方式，使其输出端分别输出所需的PWM信号；该第四比较器的输入端连接参考电压，其输出端输出PWM信号。
[0017]优选的，所述驱动形成与放大电路包括四个与所述PWM信号输出端分别相连的光親合开关及第一驱动芯片、第二驱动芯片和第三驱动芯片，其中一光親合开关的一输出端连接第一驱动芯片，该光親合开关的另一输出端经一非门连接第一驱动芯片，该第一驱动芯片设有两驱动信号输出端；其中两光耦合开关的输出端均连接第二驱动芯片，该第二驱动芯片设有对应的两个驱动信号输出端，最后一光耦合开关的输出端连接第三驱动芯片，该第三驱动芯片的输出连接电源模块。
[0018]优选的，所述电源模块包括反激变换器及两组稳压芯片；反激变换器场效应管驱动信号来自驱动放大电路第三驱动芯片输出；该反激变换器输入端还连接直流功率电源，其输出端连接其中一组稳压芯片构成所述光耦合开关的后供电电源；该直流功率电源还连接另一组稳压芯片构成所述光耦合开关的前供电电源。
[0019]由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0020]1、本发明本发明电路利用了电路杂散电感而不需要添加其他感性元件，可有效缩小变换器的体积。
[0021]2、本发明采用闭环的移相控制方式可有效调节输出电压。
[0022]3、本发明在移相控制方式中引入谐振过程，实现软开关，有效地减小了电路的开关损耗和EMI问题。
[0023]4、本发明既可应用于便携式电子产品的电源，也可应用于其他需要直流一直流(DC/DC)变换的中小型功率场合。
【附图说明】
[0024]图1为本发明第一至第四场效应管(S1、S2、S3、S4)的脉冲触发图。
[0025]图2为本发明的主电路拓扑图。
[0026]图3为本发明的DSP控制器内部结构图。
[0027]图4为本发明的整体结构框图。
[0028]图5为本发明的电压采样电路原理图。
[0029]图6为本发明的DSP控制器管脚示意图。
[0030]图7为本发明的驱动电路原理图。
[0031]图8为本发明电源模块的结构图。
【具体实施方式】
[0032]以下通过【具体实施方式】对本发明作进一步的描述。
[0033]参照图2、图3，一种桥式多电平开关电容变换器，包括:
[0034]主电路拓扑，包括第一场效应管桥臂、第二场效应管桥臂，第一电容桥臂、第二电容桥臂、第一开关二极管Dla、第二开关二极管Dlb、第三开关二极管D2a和第四开关二极管D2b。该第一场效应管桥臂和第二场效应管桥臂的正负端均并联于直流功率电源VIN的两端；该第一电容桥臂正负端分别通过第一开关二极管Dla和第二开关二极管Dlb并联于第二场效应管桥臂的正负端，该第二电容桥臂正负端分别通过第三开关二极管D2a和第四开关二极管并联于第一电容桥臂正负端，该第二电容桥臂的正负端作为输出电压Vtl的正负端；第一场效应管桥臂的中点与第二电容桥臂的中点相连。
[0035]具体的，第一场效应管桥臂包括第一